浅议PLC在磨矿设备油温油压监测保护系统的应用

2022-09-10

金川集团公司选矿厂二选车间磨矿系统是七八十年代建成投产的老系统, 多年来经常出现球磨机滑动轴承烧瓦事故, 影响设备正常稳定运行。其主要原因对球磨机滑动轴承没有可靠的自动监控保护系统, 以普通二类电器组件为主, 仅依靠电接点压力表对球磨机滑动轴承轴瓦进油压力进行压力信号采集以判断轴瓦是否断油, 通过继电器连锁电路进行跳车保护, 这种状况常造成球磨机滑动轴承烧瓦事故, 造成事故停车, 影响生产, 造成经济损失。因此, 对二选车间磨矿设备电器保护系统改造势在必行。改造工程采用P L C系统将球磨机轴瓦温度和油压进行实时监控, 实现声光报警和故障自动跳车。改造后有效控制了设备运行状态, 保证乐设备稳定运行, 杜绝了故障停车。

1 系统总体方案

系统包括一个网络总站和五个现场控制站。PLC选用德国Siemens公司的可编程控制器S7-315和PROFIBUS-DP现场总线。PROFIBUS-DP是PROFIBUS的协议模型的一种, 即分布式I/O。该总线具有以下特征：通道分配是基于主-从方式的令牌传送;数据可由双绞线或光缆传输;开放的总线系统可自由扩展多家厂商的产品;模块化的扩展方式。系统各非电量模拟参数的采集由各传感器/变送器完成。考虑工业现场环境与系统综合性能, 采用敏感元件与变送器一体化的传感器。远传信号采用通用4 m A～2 0 m A标准大信号。

系统通过现场总线获得各磨机运行状态数据;通过S7-315DP管理各现场I/O站;通过工业计算机提供人机界面 (报表、监视、查询、记录) ;通过S7-315DP执行应用程序在PC机关机条件下独立完成系统监控功能。通过一个开放的标准化现场总线系统连接各个部件, 见图1。

2 系统主要功能

2.1 网络功能

针对磨机在油温油压控制方面的缺陷, 选用德国Siemens公司的可编程控制器S7-315, 作为网络总站管理各现场I/O站, 网络总站控制柜设在中控室;选用SIMATIC ET200M模块化I/O站作为现场工作站对模拟输入信号进行控制。通过一个开放的标准化现场总线系统对球磨机轴承巴氏合金轴瓦温度和油压进行模拟量数据 (4mA～20mA) 采集, 数据经网络工作站ET200M中的模拟量输入 (AI) 模板SM331处理成为数字信号通过Profibus-DP总线传输给网络总站和现场控制站。

2.2 数据采集功能

一体化温度传感器/变送器和压力传感器作为一次仪表对球磨机和同步电动机轴承巴氏合金轴瓦温度和油压进行模拟量数据 (4mA～20mA) 采集, 数据经网络工作站ET200M中的模拟量输入 (AI) 模板SM331处理成为数字信号通过Profibus-DP总线传输给网络总站和现场控制站。

2.3 监控功能

系统通过数字量输入 (DI) 模板SM321将低压开关柜送来的外部数字信号 (如磨机开停车信号) 转换成S7-315内部信号电平通过Profibus-DP总线传输给网络总站。系统通过输出 (DO) 模板SM322将网络总站内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平 (声光报警、跳车信号) 通过ProfibusDP总线传输给现场工作站, 进行声光报警和自动跳车。

网络工作站 (见表1) 其主体为西门子公司SIMATICET200M模块化I/O站, 每个I/O站包含有电源、IM153模板用于连接现场总线、S7-300自动化系统的I/O模板包括模拟量输入 (AI) 模板SM331与数、字量输入 (DI) 模板SM321、输出 (DO) 模板SM322及其它附属设备。

(1) SM321数字输入模块。

数字输入模块将过程送来的外部数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。这种模块适合于接开关和二线接近开关。本系统用于判断磨机开停车状态。

(2) SM322数字输出模块。

SM322数字输出模块将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平。该模块运用于连接电磁阀、接触器、小电动机、灯和电动机启动器。在本系统用于输出或控制声光报警。

(3) SM331模拟输入模块。

模拟输入模块是将过程的模拟信号转换成S7-300内部处理用的数字信号。该输入模块可以连接电压和电流传感器、热电偶、热电阻传感器。本系统是将各传感器/变送器采集的各非电量模拟参数转换成S7-300内部处理用的数字信号经现场总线传输到总站。

3 数据采集

系统各非电量模拟参数数据采集点的选择和信号采集的准确度和可靠性是决定磨矿机油温、油压在线监控系统这个项目成功与否的重要因素, 这是一个难点。如果数据采集不准确, 整个系统形同虚设。系统各非电量模拟参数的采集由各传感器/变送器完成, 每一机组都设立一个独立的DC24电源向传感器供电, 工业标准两线传感器信号连接到PLC模拟输入接口。如图2, 对于轴瓦油压的数据采集点设置在稀油润滑站出油管路上可以保证所监测到压力的可靠性;油温信号的采集点无法直接接触运行中的油面, 只有在瓦背上钻一个洞接近巴氏合金表面, 将温度传感器插入其中采集数据, 该数据是油温经巴氏合金瓦面测得, 因此有误差;需对这些监测数据在计算机系统中的读数与实际值进行反复较核, 以确保计算机系统获取的参数能够反映客观数值。